JP2012524995A - 蛍光体をもつ照明デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は照明デバイスおよび照明用途に適応した方法に関する。照明デバイス（５）は、所定の立体角内で蛍光を放出するよう適応された少なくとも一つの光放出表面をもつ蛍光体（１）と、蛍光体（１）に向けられた光放射を放出するよう適応された光源（２）と、導波路（３）と、反射体（４）とを有しており、蛍光体（１）は導波路（３）に光学的に結合されており、当該照明デバイス（５）の、光が放出される出射表面は、蛍光体（１）のどの単一の光放出表面よりも大きく、反射体（４）は、当該照明デバイス（５）の前記出射表面とは異なる表面によって当該照明デバイス（５）から放出される光放射の少なくとも一部を反射するよう適応されている。このようにして、ルミネセンス性物質の単一の表面から高い光抽出効率と、同時に当該照明デバイスの高い量子効率とが達成される。

Description

本発明は蛍光体をもつ照明デバイスの分野および照明用途のために適応された方法の分野に関する。

特許文献１は、第一の表面および第二の表面をもつ高出力発光ダイオード・チップから形成されうる効率的なまたはより高い輝度の発光ダイオード組立体であって、前記第一の表面は基板に取り付けられ、前記第二の表面は30ワット毎メートル・ケルビンより大きな熱伝導率をもつ光透過性のヒートシンクと密接に熱的に接触しているものを記載している。このLEDチップは他に、該LEDチップに電力を提供するために少なくとも第一の電気接続および第二の電気接続と電気的に接触している。光透過性ヒートシンクを設けることは、LEDダイからの熱伝導を倍加し、それにより蛍光体の過剰な加熱を避け、寿命および／または効率および／または輝度および／またはこれら三つのバランスを向上させる。

リモート・レーザー照明の概念では、典型的には蛍光体は前記表面の一つからポンピングされ、蛍光体による生成光は反対側の表面から抽出される必要がある。透明な蛍光体では、内面での全反射（略してTIR: total internal reflection）が起こる。しかしながら、蛍光体による光放出はあらゆる方向に起こることが知られている。よって、蛍光体によって放出される光（蛍光）が、発光ダイオード、略してLEDまたはレーザーのようなポンプ源の方向に伝搬するのを回避することは難しい。LEDの場合、LEDの方向に伝搬する蛍光は部分的に吸収され、系の効率を低下させる。まとめると、表面からルミネセンス性物質をポンピングして、別の表面から高効率で光を抽出することは難しい。

国際公開第２００７／０４４４７２号パンフレット

高いシステム効率とともにルミネセンス性物質の単一の表面からの高い光抽出効率を得る可能性を提供することが本発明の一つの目的である。

この目的は、独立請求項の主題によって達成される。好ましい実施形態は下位請求項において定義される。

本発明のある第一の側面によれば、この目的は、照明デバイスであって、所定の立体角内で蛍光を放出するよう適応された少なくとも一つの光放出表面をもつ蛍光体と、前記蛍光体に向けられた光放射を放出するよう適応された光源と、導波路と、反射体とを有しており、前記蛍光体は前記導波路に光学的に結合されており、当該照明デバイスの、光が放出される出射表面は、前記蛍光体のどの単一の光放出表面よりも大きく、前記反射体は、当該照明デバイスの前記出射表面とは異なる表面によって当該照明デバイスから放出される光放射の少なくとも一部を反射するよう適応されている照明デバイスによって達成される。好ましくは、光放射は、前記導波路の前記出射表面において当該照明デバイスから逃げる。

「蛍光体の光放出表面」という用語は、一般に光が所定の立体角内で放出されることができることを意味し、光が実際に照明デバイスの特別な設計によって放出されるということではない。実際、「蛍光体の光放出表面」は、導波路が存在しなくても照明目的のために蛍光を発するために使われることもできる。「照明デバイスの出射表面」の用語は、照明デバイスの光が実際に照明目的のために放出される表面を意味し、これは導波路だけの表面であることも、導波路と蛍光体の表面の組み合わせであることもできる。

照明デバイスの光が放出される出射表面は前記蛍光体のどの単一の光放出表面よりも大きいという特徴は、照明デバイスの、光が放出される出射表面は、前記蛍光体の任意のまたは各々の単一の光放出表面よりそれぞれ大きいと理解される。さらに、前記反射体は当該照明デバイスの前記出射表面とは異なる表面によって当該照明デバイスから放出される光放射の少なくとも一部を反射するよう適応されているという特徴は、この反射体が、当該照明デバイスの前記出射表面から放出される光放射の少なくとも一部をも反射してもよいことを排除しない。

導波路が蛍光体の上に配置される構成における「照明デバイスの出射表面」という用語は、導波路の表面領域を指すことを注意しておく。導波路が蛍光体の近くまたは隣に配置される別の構成では、「照明デバイスの出射表面」という用語は、光が照明デバイスから逃げることのできる、蛍光体および導波路の表面の和を指す。「所定の立体角内で蛍光を放出するよう適応された少なくとも一つの光放出表面をもつ蛍光体」という用語は、この蛍光体が少なくとも一つの出力表面からルミネセンス性の光放射を放出することを意味する。

本発明のある好ましい実施形態によれば、蛍光体の光放出表面は平坦な表面を有する。所定の立体角は好ましくは≦2πであり、より好ましくは≦1.8πである。

好ましくは、反射体は、側表面の少なくとも一部の上および／または出射表面の少なくとも一部の上に配置される。さらに、本発明のある好ましい実施形態によれば、導波路は、蛍光体と、少なくとも一つの光放出表面から光学的な接触を有する。蛍光体は好ましくは、低散乱の透明物質、より好ましくはセラミック蛍光体および／または有機蛍光体をドープされたポリマーを有する。ルミネセンス性物質が好ましくは、蛍光体の光放出表面とは異なる表面によってポンピングされることは注意に値する。

好ましくは、導波路は、上表面および／または側表面から蛍光体に結合された平坦な導波路を有する。導波路は好ましくは、反射体を、より好ましくは拡散反射体（diffuse reflector）を有する。好ましくは、反射体は、異なる複数の角度に光を再分配するよう適応された拡散反射体を有する。好ましくは、蛍光体と導波路の間の光学的結合は、蛍光体の出射表面と導波路の入射表面との間の所定の角度を有し、より好ましくは蛍光体と導波路の間の光学的結合は、蛍光体と導波路の屈折率の光学的整合を有する。蛍光体と導波路の間の光学的結合は、好ましくは、屈折率≧1.4をもつ物質を有し、該屈折率はより好ましくは蛍光体または導波路の屈折率に整合する。

本発明のある好ましい実施形態によれば、透明導波路が透明蛍光体の上に配置され、前記複数の層のうち少なくとも一部は高屈折率物質と光学的に結合される。本発明のもう一つの好ましい実施形態によれば、透明な導波路が、前記側表面の少なくとも一部の隣に配置され、前記側表面の少なくとも一部から、高屈折率物質と光学的に結合される。本発明のもう一つの好ましい実施形態によれば、拡散反射体を有する透明な導波路が設けられる。

本発明のさらにもう一つの好ましい実施形態によれば、蛍光体の前記側表面は、前記導波路の入射表面に対して、垂直な角度とは異なる傾斜角を有する。好ましくは、当該照明デバイスはさらに、導波路の物質とは異なる透明物質をもつ透明層を有し、ここで、該透明層は蛍光体と導波路の間に配置される。好ましくは、導波路の出射表面および／または照明デバイスの出射表面は、平たい形、凹形、凸形および／またはジグザグ形に対応する形状を有する。ジグザグ形は好ましくはフレネル・レンズに対応する。

本発明のさらにもう一つの好ましい実施形態によれば、当該照明デバイスはさらに、導波路の出射表面の上に配置された少なくともフィルムを有し、該フィルムは好ましくは導波路の出射表面から放射される光放射を偏光させるよう適応される。好ましくは、当該照明デバイスはさらに、光放射を選択的に透過させるおよび／または反射するよう適応された選択的反射体を有する。ここで、選択的反射体は、光源と蛍光体との間の光学経路中に配置される。好ましくは、当該照明デバイスはさらに、蛍光体を冷却するよう適応されたヒートシンクを有する。好ましくは、導波路の材料は、ガラス、アルミナ、シリコーン・ゴムのような透明ポリマーおよび／またはサファイアを含む。

本発明のさらにもう一つの好ましい実施形態によれば、光源は発光ダイオードおよび／またはレーザーを有する。好ましくは、発光ダイオードは無機材料および／または有機材料を有する。好ましくは、レーザーは半導体レーザーおよび／または固体レーザーを有する。

本発明の第二の側面によれば、上述した目的は、照明用途のために適応された方法であって：ａ）導波路に光学的に結合された蛍光体に向けられた光放射を放出する段階と；ｂ）所定の立体角内で蛍光を放出するよう適応された少なくとも一つの光放出表面をもつ前記蛍光体を通じて光放射を方向付ける段階とを有しており、本発明の前記第一の側面に基づく、前記蛍光体および前記導波路を有する照明デバイスの、光が放出される出射表面が、前記蛍光体のどの単一の光放出表面より大きい、方法によって解決される。

透明蛍光体を、透明物質と組み合わせて、ポンプ光が蛍光体にはいる面積に対して蛍光体内の増加した有効逃散表面積を有する幾何学的構成において使うことが本発明の本質的な発想である。このようにして、表面光が蛍光体にはいるときに、大きな有効面積をもつ単一の表面から高い放射が得られる。このようにして、三倍以上の量の光が、ポンピングされる表面とは反対側の表面から放出されることが可能である。

透明導波路を取り巻く拡散反射体によって、全反射される光が、透明導波路を通じて、光が出射結合される領域まで導波されることが好ましいことは注意に値する。拡散反射体は好ましくはルミネセンス性物質のまわりに置かれる。入射表面においてレーザーを使うとき、蛍光を出射表面のほうに送り返すために、好ましくはダイクロイックミラーが使用される。入射表面においてLEDが使用されるとき、それは好ましくは光を出射表面のほうに反射する。本発明の前記第一の側面に基づく照明デバイスを使って、貧弱な反射体であるLEDに送られる光はより少ないので、抽出効率は非常に大きい。レーザー・ポンプ・システムについて100%に近い効率が達成できることは注意に値する。

好ましくは、ルミネセンス性物質は高度に透明なセラミック蛍光体である。本発明の他の好ましい実施形態によれば、ルミネセンス性物質は、ガーネットおよび窒化物の、好ましくはそれぞれ三価のセリウムまたは二価のユウロピウムでドープされたものから選択される。ガーネットの実施形態はA₃B₅O₁₂ガーネットを含む。ここで、Aはイットリウムおよび／またはルテチウムであり、Bはアルミニウムである。そのようなガーネットは好ましくはセリウム（Ce）、プラセオジム（Pr）またはセリウムとプラセオジムの組み合わせで、特にCeでドープされる。Bは好ましくはアルミニウム（Al）である。本発明の他の好ましい実施形態によれば、Bはガリウム（Ga）および／またはスカンジウム（Sc）および／またはインジウム（In）、好ましくは約20%までのAl、より好ましくは約10%までのAlを含む。すなわち、Bイオンは好ましくは90またさらにはそれ以上のモル%のAlを含み、10またさらにはそれ以下のモル%のGa、ScおよびInのうちの一つまたは複数を含む。

Bは好ましくは約10%までのガリウムを含む。好ましくはBおよびOは少なくとも部分的にSiおよびNによって置換される。元素Aは好ましくは、イットリウム（Y）、ガドリニウム（Gd）、テルビウム（Tb）およびルテチウム（Lu）からなる群から選択される。さらに、Gdおよび／またはTbは好ましくは高々Aの約20%の量存在する。好ましくは、ガーネット・ルミネセンス性物質は(Y_1-xLu_x)₃B₅O₁₂:Ceを含み、ここでxは0以上であり、1以下である。「:Ce」という表現は、ルミネセンス性物質中の金属イオンの少なくとも一部（すなわち、ガーネットでは「A」イオンの一部）が好ましくはCeによって置換されることを示す。たとえば、(Y_1-xLu_x)₃Al₅O₁₂:Ceとすると、Yおよび／またはLuの一部がCeによって置換される。この記法は当業者には既知である。Ceは一般に10%を超えない範囲についてAを置換する。一般に、Ce濃度は（Aに対して）0.1%から4%までの間、特に0.1%から2%までの間の範囲となる。1%のCeおよび10%のYを想定すると、完全な正しい式は(Y_0.1Lu_0.89Ce_0.01)₃Al₅O₁₂である。当業者に既知のように、ガーネットにおけるCeは好ましくは三価の状態にある。

赤色のルミネセンス性物質は好ましくは、(Ba,Sr,Ca)S:Eu、(Ba,Sr,Ca)AlSiN₃:Euおよび(Ba,Sr,Ca)₂Si₅N₈:Euからなる群から選択される物質を含む。これらの化合物において、ユウロピウム（Eu）は好ましくは二価であり、指示された二価の陽イオンの一つまたは複数を置換する。一般に、Euは、陽イオンの10%を超えた量では存在せず、好ましくは置換対象の陽イオンに対して約0.5から10までの間の範囲にあり、より好ましくは約0.5から5%までの範囲である。「:Eu」という表現は金属イオンの一部がEuによって（たとえばEu²⁺によって）置換されることを示す。たとえば、CaAlSiN₃:Euにおいて2%のEuを想定すると、正しい式は(Ca_0.98Eu_0.02)AlSiN₃となる。二価のユウロピウムが好ましくは、上記の二価のアルカリ土類陽イオンのような二価の陽イオン、好ましくはCa、SrまたはBaを置換する。

物質(Ba,Sr,Ca)S:EuはMS:Euと示すこともできる。ここで、Mはバリウム（Ba）、ストロンチウム（Sr）およびカルシウム（Ca）からなる群から選択される元素である。好ましくは、Mはこの化合物ではカルシウムまたはストロンチウムまたはカルシウムおよびストロンチウム、より好ましくはカルシウムである。ここで、Euが導入され、好ましくはMの少なくとも一部（すなわちBa、SrおよびCaのうちの少なくとも一つ）を置換する。さらに、物質(Ba,Sr,Ca)₂Si₅N₈:EuはM₂Si₅N₈: Euと示すこともできる。ここで、Mはバリウム（Ba）、ストロンチウム（Sr）およびカルシウム（Ca）からなる群から選択される元素である。好ましくは、Mはこの化合物ではSrおよび／またはBaである。別の好ましい実施形態によれば、MはSrおよび／またはBa（Euの存在を無視して）、より好ましくは50%ないし100%、より好ましくは50%ないし90%のBaおよび50%ないし0%、最も好ましくは50%ないし10%のSrを含み、たとえばBa_1.5Sr_0.5Si₅N₈:Eu（すなわち75%のBa、25%のSr）である。ここで、Euが導入され、好ましくはMの少なくとも一部、すなわちBa、SrおよびCaのうちの少なくとも一つを置換する。

同様に、物質(Ba,Sr,Ca)AlSiN₃:EuはMAlSiN₃:Euと示すこともできる。ここで、Mはバリウム（Ba）、ストロンチウム（Sr）およびカルシウム（Ca）からなる群から選択される元素である。好ましくは、Mはこの化合物ではカルシウムまたはストロンチウムまたはカルシウムおよびストロンチウム、より好ましくはカルシウムである。ここで、Euが導入され、好ましくはMの少なくとも一部（すなわちBa、SrおよびCaのうちの少なくとも一つ）を置換する。BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺（BAM）は青色領域で発光する好適な材料をなす。

立方晶系の無機蛍光体が、多結晶状態でも高い透明性であることから、最も好ましい。好ましくは、ルミネセンス性の小有機分子をドープされたポリメタクリル酸メチルのような高度に透明なポリマーが使用される。そのような有機分子は、たとえば、ジフルオロボラインダセン族（BODIPY）、フルオレセイン色素、フルエレン（fluerene）誘導体、クマリン色素、キサンテン色素、ピロメテンPF2（P-BF2）錯体、スチルベン誘導体、ローダミン色素、ペリレンカルボキシミド色素およびルミネセンス性の有機金属錯体といったものである。そのような有機金属錯体はポリフェニレンビニレン（PPV）誘導体、ポリフェニルおよびポリフルエレンおよびそれらのコポリマーおよび混合物といったものである。

本発明のこれらおよびその他の側面は、以下に述べる実施形態から明白となり、これを参照することで明快にされるであろう。
本発明の第一の好ましい実施形態に基づく照明デバイスを示す図である。 本発明の第二の好ましい実施形態に基づく透明蛍光体を示す図である。 本発明の第三の好ましい実施形態に基づく照明デバイスを示す図である。 本発明の第三の好ましい実施形態に基づく照明デバイスを示す図である。 本発明の第三の好ましい実施形態に基づく照明デバイスを示す図である。 本発明の第三の好ましい実施形態に基づく照明デバイスを示す図である。 本発明の第三の好ましい実施形態に基づく照明デバイスを示す図である。 本発明の第四の好ましい実施形態に基づく照明デバイスを示す図である。 本発明の第五の好ましい実施形態に基づく照明デバイスを示す図である。 本発明の第六の好ましい実施形態に基づく透明層を示す図である。 本発明の第七の好ましい実施形態に基づく透明層を示す図である。 本発明の第八の好ましい実施形態に基づくフレネル・レンズをなす透明層を示す図である。 本発明の第九の好ましい実施形態に基づく機能的フィルムを有する照明デバイスを示す図である。 本発明の第十の好ましい実施形態に基づく選択的反射体を有する照明デバイスを示す図である。

図１は、本発明の第一の好ましい実施形態に基づく照明デバイス５の基本構成を示す図である。導波路３の射出表面の有効面積または射出表面が、蛍光体１のポンプ光入射表面または出射表面に対して増大させられている。導波路３はそれぞれ透明導波路または透明蛍光体に対応する。蛍光体１をもつ照明デバイス５は、光放射を放出するよう、換言すればルミネセンス性光放射またはルミネセンス光を放出するよう適応された出射表面と、蛍光体１を取り囲む側表面とを有する。蛍光体１に向けられる光放射を放出するよう適応された光源２が設けられる。蛍光体１は光源から放出された放射の波長の少なくとも一部を、放出された放射の波長とは異なる波長に変換することができる。光源は、発光ダイオードまたはレーザー・ダイオードのような固体光源に対応する。そのようなダイオードは好ましくは、スペクトルの紫外線、紫および／または青色部分において発光する。

蛍光体１は、所定の立体角において蛍光を放出するよう適応された少なくとも一つの発光表面を有する。光源２は蛍光体１に向けられる光放射を放出するよう適応されている。さらに、反射体４が設けられる。図１は、蛍光体１が導波路３に光学的に結合されており、照明デバイス５の、光が放出される出射表面が、蛍光体１のどの単一の発光表面よりも大きいことを示している。反射体４は、照明デバイス５の出射表面とは異なる表面による照明デバイス５から放出される光放射の少なくとも一部を反射するよう適応されていることを注意しておく。

導波路３の入射表面は、蛍光体１の出射表面から来る光放射を、導波路３の出射表面に照射するよう適応されている。導波路３の出射表面の有効面積が、蛍光体１の出射表面の有効面積より大きいこと、反射体４が蛍光体１の側表面の少なくとも一部の上に配置され、蛍光体１から放出された光放射を反射して、光または放射を種々の角度に拡散的に向き付けし直すよう適応されていることを注意しておく。しかしながら、本発明の第一の好ましい実施形態によれば、反射体４は蛍光体１の側表面上に配置され、導波路３の側表面をも取り囲む。ここでもまた、この拡散反射体は、導波路３の出射表面から光が出ていくよう、光を向き付けし直す。この実施形態では、照明デバイス５の有効出射表面は導波路３の出射表面に等しい。

図２は、本発明の第二の好ましい実施形態に基づく透明蛍光体を示しており、透明蛍光体１のブロック内での全反射の効果を図示している。透明蛍光体１内の点における光放出を考える場合、平坦な表面からの逃散円錐は2Θ₂によって与えられる。TIRについての臨界角は
sinΘ_c＝n₂/n₁
によって与えられる。

第二の屈折率n₂が1に対応する、すなわち第二の媒質が空気であり、第一の媒質が1.83の第一の屈折率n₁をもつYAG蛍光体であると想定される場合、TIRの臨界角は33.1°に相当する。換言すれば、蛍光体１の出射表面の方向に放出された光の16.7%しかこの表面から出ていかず、残りは反射されてしまう。

図３ａないし３ｅは、本発明の第三の好ましい実施形態に基づく照明デバイス５を示している。蛍光体１の屈折率と似た屈折率をもつ物質が使用され、よって蛍光体１内に戻る反射を最小限にして、光が空気中に逃げるよう、表面が創り出される。図３ａに示される本発明の第三の好ましい実施形態によれば、反射体４は拡散反射体に対応し、蛍光体１と導波路３の間の光学的な結合は蛍光体１および導波路３の屈折率の光学的な整合に対応する。このようにして、ずっと多くの光が蛍光体１の出射表面から出るようし向けられ、導波路３の出射表面から逃げる。この実施形態では、層１および３は屈折率整合材料（図示せず）を用いて光学的に結合される。

蛍光体１が無限に大きな表面積を示し、自己吸収がなく、光は一点から等方的に放出され、光は、入射表面ではTIRを受けつつ、導波路３の出射表面から導波路３中に逃げるとすると、蛍光体１の出射表面からの光強度（I₁で表す）と蛍光体１の、蛍光体１の励起のためにポンプ光が蛍光体にはいる入射表面からの強度（I₂で表す）との比は次式で与えられる。

これは、入射表面に入射結合されるよりも約11.47倍の光が、蛍光体１の出射表面から出射結合されることを意味する。実際上は、蛍光体１は若干の内在的な散乱を示し、側表面の影響もある。この実施形態における導波路３中に入射結合される光は、拡散反射体４によって照明デバイス５から出射結合されて、導波路３の出射表面から照明デバイス５の外に逃げる。

図３ｂは、蛍光体１の少なくとも一つの側表面が導波路３の側表面に光学的に結合されている照明デバイス５の断面を示している。この実施形態では、層１および３は屈折率整合材料（図示せず）を用いて光学的に結合されている。ここでもまた、照明デバイス５の全有効出射表面、すなわち蛍光体１および導波路３の出射表面は、側面からの導波路３の光学的結合によって増大されている。図３ｃは、図３ｂの照明デバイス５の上面図を示す。ここでは、導波路３は四つすべての側表面から蛍光体１に結合されているが、図３ｄに示されるように、導波路３を単一の側面から結合することも可能である。図３ｅに示されるように、導波路３が側面および上面から蛍光体１に結合されることも可能である。この実施形態では、拡散反射体４は、光が照明デバイス５の有効出射表面から逃げるよう、光を向き付けし直すために使われる。ここで、照明デバイス５の有効出射表面は、蛍光体１の出射表面および導波路３の出射表面の和によって与えられる。

図４は、本発明の第四の好ましい実施形態に基づく照明デバイスを示している。蛍光体１の側表面上に入射する光が蛍光体１の出射表面に向けて送られるようにすることが望ましいので、側表面についてさまざまな傾斜した表面を考えることができる。側表面は、垂直な角度とは異なる、導波路３の入射表面に対する傾斜角を有する。本発明のもう一つの好ましい実施形態によれば、側表面は、垂直な角に等しい、導波路３の入射表面に対する傾斜角を有する。同じようにして、蛍光体１のアスペクト比を調整することもできる。全表面積に対する蛍光体１の出射表面の面積の比は、蛍光体１の入射表面に対する、前記表面からの増加した光出力比のために調整される。蛍光体１の出射表面の面積と全表面積の比は、蛍光体１の入射表面に対する、前記表面からの増加した光出力の比のために調整される。

図５は、本発明の第五の好ましい実施形態に基づく照明デバイスを示している。蛍光体１のアスペクト比は、蛍光体１の形を変えることによって増大させられる。本発明の第五の好ましい実施形態によれば、これは、ルミネセンス性であってもよい透明物質を有するもう一つの透明層６を、蛍光体１の上に配置することによってなされる。蛍光体１と導波路３の間に中間透明層６を配置することによって、光抽出効率が一層高められる。

図６、図７および図８は、本発明の種々の好ましい実施形態を示している。導波路３の出射表面の厚さおよび形状が重要な役割を演ずる。図６に示されるような、本発明の第六の好ましい実施形態によれば、反射体と接触している導波路３の表面は他の実施形態のように平面状ではなく、凹形の表面を示す。そのような表面は凸でも、凹に曲がっていても、楔形でも、および／または切頂角錐形でもよい。図７に示されるような本発明の第七の好ましい実施形態によれば、出射表面は凸表面を示す。図８に示されるような本発明の第八の好ましい実施形態によれば、出射表面はフレネル・レンズに対応するジグザグ形を示す。図３に示されるような平面状の導波路が使用されるとき、導波路のエッジは、表面に垂直なのではなく、90°とは異なる角をなす。さらに、光抽出を増すために導波路の出射表面を粗くすることも可能である。

本発明の第一の好ましい実施形態の参照に戻ると、追加的効果を得るために、導波路３の透明材料の上に追加的なフィルムを配置することが可能である。図９に示されるような本発明の第九の好ましい実施形態によれば、機能的フィルム７の使用が示されている。本発明の第九の好ましい実施形態によれば、いわゆる輝度向上箔（brightness enhanced foils）を使うことによって、機能的フィルム７によって構成される反射性偏光子の使用の結果、偏光が生じ、これはよりコリメートされたビームにつながる。

これまで記述してきた本発明の好ましい実施形態によれば、単一表面からの抽出向上が増大されることが示された。光源２としてLEDが使われるとき、それは単に蛍光体１の入射表面の背後に配置すればよい。しかしながら、レーザーの場合には、表面の背後に、選択的にポンプ波長を透過させるおよび／または蛍光体１によって放出される光を反射する選択的反射体８を配置することが有利である。これは、本発明の第十の好ましい実施形態を表す図１０に示されている。本発明の他の好ましい実施形態によれば、照明デバイス５は、蛍光体１を冷却するよう適応されたヒートシンクを有する。導波路材料としては、導波路を介したヒートシンク作用が必要でない場合には、ガラスおよび／またはシリコーン・ゴムなどの透明ポリマーのような低熱伝導度の材料が使用できる。導波路を通じたヒートシンク作用のためには、アルミナおよびサファイアのような高熱伝導度の材料が使用できる。同じようにして、ヒートシンク作用は拡散反射体を通じて実現することもできる。この目的のためには、高い熱伝導度をもつ拡散層が使用できる。窒化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化イットリウムといった高い熱伝導度をもつ酸化物材料がきわめて好適である。これらの物質の部分的焼結も、それらの物質の高い反射性を保持しつつ、熱伝導度を改善する。高い熱伝導度をもつ金属反射体がきわめて好適であることは言うまでもない。

反射層４の参照に戻ると、これは好ましくは高い反射性をもつ拡散反射層であり、好ましくは、導波路の上に光抽出構造が使用されないときに適用される。その場合、導波路内の光が案内されず、散乱反射体４によって出射結合されることが重要である。本発明の他の好ましい実施形態によれば、この層は、入射する光の波長を変換するためのルミネセンス性材料を有する。

本発明の第一の好ましい実施形態の参照に戻ると、0.4%のCeをもつ透明Ce:YAGセラミックが使用される。このセラミックの厚さは140ミクロンに対応し、種々の断面積をもつセラミックが使用された。さらに、照明デバイス５を構築するために、二酸化チタンまたはTiO_x反射性コーティングが散乱反射体４として使用された。照明デバイス５は、450nmで発光するレーザーを使ってポンピングされる。すべての場合において、蛍光体１の入射表面に比べて、蛍光体１の出射表面からずっと多くの光が抽出される。全変換効率は約90%であり、これは材料のバルク量子効率にも対応することを注意しておく。最後に、図１０に示される、本発明の第十の好ましい実施形態を参照するに、光抽出効率は1mm×1mmの寸法の試料を用いて測定された。透明Ce:YAG(0.4%Ce)の入射表面が、青色レーザー放射（540nm）を透過させセラミックからの黄色の放射を反射する多層膜誘電体反射体８によって直接コーティングされた場合、光のほぼ100%が導波路３の出射表面から抽出されることができた。照明デバイスの量子効率は約90%のままであった。

本発明について図面および以上の記述において詳細に図示し、説明してきたが、そのような図示および説明は例解または例示するものと考えられるものであり、制約するものではない。本発明は開示されている実施形態に限定されるものではない。

開示される実施形態に対する他の変形は、図面、本開示および付属の請求項を吟味することで、特許請求される発明を実施する当業者によって理解され、実行されることができる。請求項において、「有する／含む」の語は他の要素やステップを排除するものではない。単数形の表現は複数を排除するものではない。ある種の施策が互いに異なる従属請求項に記載されているというだけの事実が、これらの施策の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。請求項に参照符号があったとしても、発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。

Claims (15)

1. 照明デバイスであって、所定の立体角内で蛍光を放出するよう適応された少なくとも一つの光放出表面をもつ蛍光体と、前記蛍光体に向けられた光放射を放出するよう適応された光源と、導波路と、反射体とを有しており、
   前記蛍光体は前記導波路に光学的に結合されており、
   当該照明デバイスの、光が放出される出射表面は、前記蛍光体のどの単一の光放出表面よりも大きく、
   前記反射体は、当該照明デバイスの前記出射表面とは異なる表面によって当該照明デバイスから放出される光放射の少なくとも一部を反射するよう適応されている、
   照明デバイス。
2. 前記導波路が、前記蛍光体と、少なくとも一つの光放出表面から光学的な接触を有する、請求項１記載の照明デバイス。
3. 前記蛍光体が低散乱の透明物質、好ましくはセラミック蛍光体および／または有機蛍光体をドープされたポリマーを有する、請求項１または２記載の照明デバイス。
4. 前記反射体が拡散反射体である、請求項１または２記載の照明デバイス。
5. 前記導波路が、上表面および／または側表面から前記蛍光体に結合された平坦な導波路である、請求項１または２記載の照明デバイス。
6. 前記導波路が反射体、好ましくは拡散反射体を有する、請求項１または２記載の照明デバイス。
7. 前記蛍光体と前記導波路の間の光学的結合が、好ましくは前記蛍光体または前記導波路の屈折率に整合する屈折率≧1.4をもつ物質を有する、請求項１または２記載の照明デバイス。
8. 前記蛍光体の側表面は、前記導波路の入射表面に対して、垂直な角度とは異なる傾斜角を有する、請求項１または２記載の照明デバイス。
9. 前記蛍光体と前記導波路の間に配置される、前記導波路の物質とは異なる透明物質をもつ透明層をさらに有する、請求項１または２記載の照明デバイス。
10. 前記導波路の出射表面および／または当該照明デバイスの出射表面は、平たい形、凹形、凸形および／またはジグザグ形に対応する形状を有する、請求項１または２記載の照明デバイス。
11. 前記ジグザグ形がフレネル・レンズに対応する、請求項１０記載の照明デバイス。
12. 前記導波路の出射表面の上に配置された少なくともフィルムをさらに有し、該フィルムは好ましくは前記導波路の前記出射表面から放射される光放射を偏光させるよう適応される、請求項１または２記載の照明デバイス。
13. 光放射を選択的に透過させるおよび／または反射するよう適応された選択的反射体をさらに有し、前記選択的反射体は、前記光源と前記蛍光体との間の光学経路中に配置される、請求項１または２記載の照明デバイス。
14. 前記蛍光体を冷却するよう適応されたヒートシンクをさらに有する、請求項１または２記載の照明デバイス。
15. 照明用途に適応された方法であって：
    ａ）導波路に光学的に結合された蛍光体に向けられた光放射を放出する段階と；
    ｂ）所定の立体角内で蛍光を放出するよう適応された少なくとも一つの光放出表面をもつ前記蛍光体を通じて光放射を方向付ける段階とを有しており、請求項１ないし１４のうちいずれか一項記載の、前記蛍光体および前記導波路を有する照明デバイスの、光が放出される出射表面が、前記蛍光体のどの単一の光放出表面より大きい、方法。

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